Способ восстановления поверхностей

 

Изобретение относится к способам ремонта, в частности к восстановлению поверхностей трубопроводов в нефтехимической и газовой промышленности методом нанесения покрытия в потоке сгорания природного газа. Целью изобретения является повышение качества восстановленной поверхности путем улучшения физико-механических свойств подслоя. Это достигается использованием подслоя на никелевой основе, в состав которого введены (в мас.%) титан

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1268336

А1

) Й!. .

1 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cb

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3816910/25-27 (22) 26.09.84 (46) 07.11.86. Бнмч. У 41 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта и Производственное объединение "Уралтрансгаз" (72) А.Ф. Матвиенко, С.И. Попов, П.А. Григорьев, Г.Г. Михайлов, С.С. Каширов, В.П. Шмелев, Э.С. Батюшев, В.И. Мельник, E.М. Кривощапова, Ф.Н. Пестрецов и В.И. Васильев (53) 621.791.93(088.8) (56) Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос, 1981, с. 59-61.

Патент США - 4219592, кл. 427-405, 26.08.80. (б1) 1 В 23 К 9/04 В 23 Р 6/00 (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к способам ремонта, в частности к восстанов лению поверхностей трубопроводов в нефтехимической и газовой промышленности методом нанесения покрытия в потоке сгорания природного газа.

Целью изобретения является повышение качества восстановленной поверхности путем улучшения физико-механических свойств подслоя ° Это достигается использованием подслоя на никелевой основе, в состав которого введены (в мас.Е) титан (4,2-13, 8), бор (1,5 — 3,4) и кремний (3,1-5,5).

1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1 1г6

Изобретение относится к способам ремонта и может быть использовано при восстановлении поврежденной коррозией поверхности трубопроводов в газовой, нефтяной и химической промышленности, а также железнодорожных цистерн и резервуаров.

Цель изобретения — повышение качества изделия при газотермическом нанесении подслоя и покрытия в потоке сгорания природного газа.

Установлено, что продукты сгорания природного газа являются агрессивной средой по отношению к металлу восстанавливаемой поверхности и к большинству известных покрытий.

При нанесении покрытий используется осушенный природный газ с минимальным содержанием кислорода. Поэтому при газотермическом способе основными процессами, влияющими на свойства покрытий, являются образование твердых (хрупких) частиц типа карбидов, нитридов и карбонитридов, образование активных соединений типа гидридов, входящих в композицию элементов, и выделение поглощенного при температуре плазмы водорода из покрытия в результате уменьшения его растворимости в матрице в процессе кристаллизации.

Повышение содержания титана в самофлюсующейся композиции необходи— мо для снижения кинетики реакций образования гидридов и карбонитридов бора, ухудшающих свойства подслоя и его пластичность. При этом известно, что гидриды бора характеризуются низкой температурой кипения, обуславливающей их летучесть. В связи с этим содержание бора в составе подслоя покрытия, положительно влияющего на смачиваемость, существенно снижается.

Электронно-микроскопическими исследованиями на микроанализаторе установлено, что в подслое покрытия титан присутствует как в твердом растворе, так и в виде сложных соединений типа борогидридов Т1.}ВН )х, где х=2,5-4, образующих сложные ком— плексы с твердыми неметаллическими включениями. Это способствует увеличению прочности сцепления подслоя с поверхностью стенки на отрыв. Гидриды титана увеличивают адгезию твердых неметаллических частиц (нитридов, карбонитридов и силицидов) к

8336

На очищенную поверхность из газообразной среды наносят слой покрытия

0,03-0,05 мм толщиной, Материалом этому покрытию служит механическая смесь 15-40Е ферротитана и 60-85Х

50 самофлюсующегося сплава на основе никеля ПГ-ХНЯОСР4, механическая смесь представляет собой порошок.

На промежуточное покрытие (подслой) наносят аналогичным образом

55 основное покрытие, т.е. из газооб10

ЗО

40 металлам, в которых они присутствуют, в связи с чем они входят в состав некоторых припоев для соединения керамических деталей с металлическими.

В связи с тем, что с уменьшением температуры покрытия существенно уменьшается растворимость водорода в матрице, роль титана в композиции возрастает в результате его высокой способности связывать атомарный водород в виде твердого раствора внедрения. Это способствует уменьшению водородной хрупкости металла покрытия.

Наилучшее сочетание физико-механических свойств подслоя, наносимого газотермическим способом, обеспечивается при введении в самофлюсующийся сплав совместно с титаном и бором 3,1-5,5 вес. g кремния. Как и титан, кремний повышает устойчивость бора к продуктам ионизации природного газа, но при более высоких температурах столба плазмы, что подтверждается результатами испытаний подслоя. Сущность газотермического способа ремонта поверхности заключается в следующем.

После снятия защитного слоя с емкости и обнаружения на ней коррозионных дефектов поверхность зачищают газоабразивным методом с использованием электрокорунда, определенной фракции песка или остроугольной чугунной крошки. Для меньшего расхода абразивного материала и повторного

его использования газоабразивную обработку поверхности ведут в камере, которая либо прижимается к месту зачистки, либо крепится к емкости.

В качестве установки для подачи струи воздуха под давлением используют передвижной компрессор 0-38М. разной среды расплавленным металлом заполняют объем коррозионной каверны. В качестве материала основВ табл. 1 приведены результаты механических испытаний образцов из различных сталей с покрытиями, на" несенными в продуктах сгорания при,родного газа (ферротитан с 28,4 вес.й

Ti) 3 1268 ного покрытия служит металлический порошок и проволока из стали ст. 3, 45, СВО 8Г2С и 17Г1СУ. В качестве образцов служат материалы железнодорожных цистерн, резервуаров боль— ших объемов и трубы магистральных газопроводов и продуктопроводов (стали 09Г2С, 16ГФР, 17Г1СУ и . 10ХНДП) .

Когда коррозионные дефекты запол- 10 няют металлом и толщина стенки ем-

4 кости принимает первоначальную величину, тогда на восстановленную поверхность наносят коррозионностойкое покрытие: алюминий либо никель- 15 алюминиевый термореагирующий сплав.

Этот слой наносится до полного закрытия поверхности и толщина его колеблется в пределах 0,08-0, 15 мм.

Основным требованием, предъявля- 20 емым к восстановленным при ремонте деталям или элементам конструкции, является сохранение прочностных характеристик или физико-механических свойств. Поэтому после нанесе- 25 ния покрытий на материалы емкостей изготавливают образцы для определения механических свойств, а также проводят металлографические исследования по определению качества сцеп- 30 ления покрытия с основным металлом и сплошности покрытия.

Испытания проводят следующим образом.

Вырезают участки труб, поврежден- З ные коррозией, на глубину 30-707 толщины трубы.

Трубы, выполненные из сталей

09Г2С, 10ХНДП (материал резервуара емкости) и 17Г1СУ, берут с газопрово-» дов с широким диапазоном толщин (5-30 мм).

Участки площадью 300х400 — 500 мм подготавливают газоструйной обработкой к нанесению покрытия на установке напыления в плазме продуктср сгорания природного газа.

В качестве материала покрытия используют композицию в виде механической смеси порошков ферротитана с содержанием титана не менее 28 вес.Ж и самофлюсующегося сплава на никелевой основе марки ПГ-XH80CP4 B соотношении самофлюсующийся сплав

336 4

ПГ-ХН80СР4 60-857 и ферротитан марок

ТиО и Ти1 15-40 вес.X.

Проводят изучение структуры покрытия и его сплошности, определяют механические свойства материалов труб и резервуаров емкостей без покрытия и r покрытием, нанесенным на участки, поврежденные коррозией (в частности, прочность сцепления, предел текучести, предел прочнрсти, относительное удлинение), а затем проводят химический анализ состава газов продуктов сгорания при нанесении композиции для оценки соответствия допускаемым требованиям производственной санитарии.

Исследования структуры и механических свойств, проведенные на стандартных образцах и косых шлифах, по" казали, что подслой, нанесенный на основе композиции самофлюсующегося сплава ПГ-ХН80СР4 и ферротнтана марок ТиО и Ти1 в указанных соотношениях, представляет собой однородный по структуре материал. На границах материал емкости — подслой — основное покрытие не наблюдается пор и других микродефектов, которые могли бы привести к нарушению сплошности материала нли явиться концентраторами напряжений.

Анализ механических свойств покрытия проводится на образцах с толщиной подслоя композиции 0,030,05 мм в интервале изменения исходного состава композиции по ведущим элементам, вес.Х: титан 4,2-13,8; кремнйй 3,1-5,5; бор 1,5-3,4. Резуль. таты механических свойств покрытий, нанесенных по предлагаемому способу, сравниваются с результатами ана™ логичных испытаний покрытий, полученных при нанесении композиции, содержащей указанные элементы в следующих количествах, вес.Х: титан 0;

2,9; 3 5; 14,4; кремний 3 0; 5 6;

1268336

Т а б и и ц а 1

Механические свойства (средние значения) Состав комСталь позиции, вес.у

Предел Предел проч- текучесности, ти, МПа

МПа

СамоПрочность

Ударная вязФерр тита

Относительное люсующийся сцепкость

МДж/м удлинение, 7. сплав ления на отрыв

МПа

T1=0 Бх5,6; В=3,9

09Г2С

0 100

412 489 376

23 0,69

10 90

15 85

Т1=4,3; Si=5,5; В=3,4

525 502 397 24 0,70

Ti=B 7; Si 5 5; В 2,7

5.34 500 401 23 0,72

30 70

Ti=11,6; Si=5,5; В=2,3

40 60

527 506 390 24 0,71

45 55

Ti=-13,8; Si=5 5 В=2 1

Э У У

472 499 383

0,68

1ОХНДП О 100 т1=01

Si--5,6;

В=3,9

434 502 376

0,66

10 90

Ti=2,9;

Si=5,5;

B=3 5

477 507 401

0,70

15 85

Ti=4 3;

Si=5,5; В=3,4

545 510 400

0,66

В=2, 7

70

Ti=8,7;

Si=5 5;

565 508 404

0,72

40 60

Ti=-11,6;

Si=5,5; В=2,3

531 508 399

0,70

Ti=2,9; Si=5,5; В=3,5

456 501 388 24 0,71

1268336

Продолжение табл. 1

Состав комМеханические свойства (средние значения) Сталь позиции, вес.

Ферро- СамоУдарная вяэОтносительное

Прочность титан флюсую щийся удлине- кость ние, Х МДЖ/м сцепления сплав на отрыв

МПа

Ti=13,8; Si=5,5; В=2,1

485 508 400 24 0,70

45 55

17Г1СУ 0 100

В=3,9

Ti=0; Si=5,6;

444 488 376 27 0,51

10 90

475 499 381 25 0,51

15 85

540 501 380 25 0,56

Ti=8,7; Si=5,5; В2,7

548 500 374 24 0,61

30 70

Ti=11,6; Si=5,5; В=2,3

538 510 389 25 0,58

40 60

45 55

489 500 376

23 0,57 нанесенными в продуктах сгорания природного газа (ферротитан с

34,6 вес.X Ti) °

В табл. 2 приведены результаты механических испытаний образцов из различных марок сталей с покрытиями, Предел прочности

MIIa

Предел

Г текучести, МПа

Ti 2,9; Si 5,5; В 3,5 тз.=4,3; Si=5,5; В=З)4

Ti=13,8; Si=5,5; В 2,1

1268336

Таблица 2

Сталь

Ферротитан

Прочность сцепления сплав на отрыв,.

МПа

6 2,5

T1=0; S1:=3,0;

09Г2С 0 100

428 473

370

0,65

10 90

465. 479

376

0,67

15 85

518 495 390

0,69

30 70

522 501 387, 24, 0,68

40 60

0,66

55

390

488 499

0,63

Ti=0

10ХНДП 0 100

Si.=3,O-, В=2,5

420 490 378

0,71

-10 90

0,79

15 85

507 512

404

0,70

30 70

523 507

389

0,74

40 60

Si=3 2; В=1,5

Ti=12,8;

517 510

398

0,70

Состав KOMIIG эиции, вес.7

Самофлюсующий ся

Механические свойства (средние значения) Ti=3 5; 813,1; В=2) 3

Ti=5 2; Si 3, 1; В2, 1

Ti=10,5; Si =3,2; В=1,8

Ti=12,8; Si 3,2; В=1,5

510 503 391 23

Ti 14,4; Si=3,3 В 1,3

Ti=3,5; 81=3,1; В=2,3

457 503 388 23

Ti=5,2; Si=3)1; В=2,1

Ti 10,5; Si=3,2,; В1,8

1268336

Продолжение табл. 2 з -Л.

Механические свойства (средние значения) Состав композиции, вес.Х

Сталь

45 55

0,68

468 506 389

Si=3,0;

Ti=0В=2,5

17Г1СУ 0 100

0,61

456 485 372

Si=3 1

Ti=3,5;

В=2,3

10 90

485 501 372

0,62

Si=3, 1;

15 85

Ti=5,2;

В=2, 1

511 508 399

0,67

Si=3 2;

В=1,8

Ti=10 5;

30 70

0,70

534 505 389

Si=3,2;

В=1,5

Ti=12 8

40 60

0,65

522 500 387

В=1,3

Si=3 3-, Ti=14,4;

45 55

0,65

493 501 397

Из результатов проведенных механических испытаний образцов с покрытием следует, что состав композиции из самофлюсующегося сплава ПГ-ХН80СР4 (60-85 вес.Z) и ферротитана (1540 вес ° Х, марок ТиО и Ти1 с содержанием титана 28-357) обеспечивает наилучшие показатели механических

50 свойств, удовлетворяющие требованиям эксплуатации. В частности, указанный состав композиции обеспечивает требования по прочности сцепления на отрыв, которая должна быть не ниже

490 ИПа (50 кгс/мм ). Поэлементный состав композиции должен находиться в пределах, вес.Х: титан 4,2-13,8;

Ti=14,4; Si=3,3; В=1,3 кремний 3, 1-5,5; бор 1,5-3,4. Примеси, входящие в состав исходных материалов, регламентируются требованиями

ГОСТа. Оптимальный состав композиции соответствует химсоставу, определяемому соотношением ферротитана в количестве 30 вес.Ж и самофлюсующегося сплава 70 вес.X.

Анализ состава продуктов сгорания природного газа при нанесении покрытия на основе предлагаемой композиции показал, что он не содержит вредных (ядовитых) компонентов (гидрида бора) и удовлетворяет требованиям эксплуатации участка плазменно"

ro нанесения покрытий.

I 2 FiH 1 I F) Фор мул аизобретени я

Составитель Т, Арест

Редактор С. Пекарь Техред Л.Сердюкова Корректор А. Зимокосов

Заказ 5968/11 Тираж 1001 Подпис ное

ВНИИПИ Государственногс1 комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно †полиграфическ предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Способ восстановления поверхностей после их коррозионного износа при KotopoM HR изношенную 110Bpрх ность предварительно наносят подслой на никелевой основе, содержащий хром, титан и железо, а затем на подслой наносят покрытие, необходимое для придания изделию требуемых 10 свойств, отличающийся тем, что, с целью повьпцения качестВа ИЗдЕЛИя 11рн Га З<1тЕРМИЧЕГКс .:.; Ие— сенин Hnl\(.IIF1ÿ и покрытия в потоке сгорания природного газа, в подглсгй вводят 4,2-13,8 мас.7. титана, 1,53,4 мас.7. бора и 3,1-5,5 мас.7. кремния °

2. Способ IIo H.I, о т л и ч а нов шийся тем, что для нанесения подслоя используют механическую смесь из 15-40 мас.7 ферротитана марок

ТиО и Ти1 и бО-85 мас.7 самофлюсун1щегося сплава ПГ-ХНЯОСР4,